CN110553792A - 全自动平衡机控制系统及方法 - Google Patents

全自动平衡机控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全自动平衡机控制系统及方法，属于平衡机技术领域，前拉尺测量装置、宽度尺测量装置、压电传感器、位置传感器分别采集轮胎的距离数据和直径数据、宽度数据、动态压电传感器数据、位置数据，传输至控制系统主电路板，控制系统主电路板根据接收到的数据，计算得出轮胎不平衡量，电源及电机控制板控制刹车电阻实现轮胎刹车，电磁锁位装置锁定轮胎，控制系统主电路板控制激光指示装置对不平衡位置进行激光指示；显示屏用于显示轮胎采集数据是否错误、系统自我校准结果、系统自动检测结果和系统错误提示。本发明具有自动化程度高，定位准确，操作方便，查找故障容易等特点，设备操作人员不需要太高的专业技术水平。

Description

全自动平衡机控制系统及方法
技术领域
本发明涉及平衡机技术领域，特别是指一种全自动平衡机控制系统及方法。
背景技术
传统的自动平衡机控制系统一般包括：轮胎距离电位器、轮胎直径电位器、两路压电传感器、按键操作和计算结果输出几个部分。当计算结果完成后要通过技术人员目测不平衡位置，然后脚踏机械装置锁定不平衡位置后进行平衡操作。传统的自动平衡机控制系统具有以下缺陷：1、没有轮胎宽度检测，靠人工手动输入；2、不能自动锁定不平衡位置。
发明内容
本发明提出一种全自动平衡机控制系统及方法，解决了现有技术中无法自动检测轮胎宽度和无法自动锁定轮胎不平衡位置的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种全自动平衡机控制系统，包括电源及电机控制板和与其连接的控制系统主电路板，所述电源及电机控制板连接电源输入电路、电机、电磁锁位装置、刹车电阻，所述电机的输出端固定连接轮胎，带动轮胎转动；所述控制系统主电路板连接有显示屏、操作键盘、压电传感器、位置传感器、前拉尺测量装置、宽度尺测量装置和激光指示装置；所述前拉尺测量装置、宽度尺测量装置、压电传感器、位置传感器分别采集轮胎的距离数据和直径数据、宽度数据、动态压电传感器数据、位置数据，传输至所述控制系统主电路板，所述控制系统主电路板根据接收到的数据，计算得出轮胎不平衡量，所述电源及电机控制板控制所述刹车电阻实现轮胎刹车，所述电磁锁位装置锁定轮胎，所述控制系统主电路板控制所述激光指示装置对不平衡位置进行激光指示；所述显示屏用于显示轮胎采集数据是否错误、系统自我校准结果、系统自动检测结果和系统错误提示。
作为本发明的一个优选实施例，所述前拉尺测量装置、宽度尺测量装置、压电传感器、位置传感器均为A/D采样。
作为本发明的一个优选实施例，所述显示屏为LED显示屏或LCD显示屏或液晶显示屏或触摸显示屏。
一种全自动平衡机控制方法，基于全自动平衡机控制系统实现，具体包括以下步骤：
(1)、系统自我校准：在新机出厂或故障维修后需要先对各测量部分进行自动校准；
(2)参数测量：测量轮胎距离、轮胎直径、轮胎宽度和动态压电传感器的数值；
(21)、轮胎距离测量：利用前拉尺测量装置测量出轮胎安装在平衡机轴上的距离；
(22)、轮胎直径测量：利用前拉尺测量装置测量出安装在平衡机轴上轮胎的直径；
(23)、轮胎宽度测量：在已知轮胎距离的基础上，利用宽度尺测量装置测量出轮胎的宽度；
(24)、动态压电传感器测量：在轮胎按一定的速度转动的过程中对水平和垂直的两路压电传感器进行离散采样；
(3)、轮胎不平衡量计算：根据步骤(2)的测量结果，基于数学模型计算出该轮胎的动态不平衡量；
(4)、轮胎不平衡位置锁定：转动轮胎到不平衡位置后，控制电磁锁位装置自动将轮胎锁定；
(5)、轮胎不平衡位置激光指示：当轮胎不平衡位置锁定后，控制激光指示装置将激光点指向轮胎上的不平衡位置点，将不平衡块粘贴到轮毂上。
作为本发明的一个优选实施例，步骤(1)、系统自我校准选择步骤(11)、(12)、(13)、(14)中一项或多项进行校准：
(11)、距离测量校准：确定并保存零点标示偏移量；
(12)、直径测量校准：
(121)、将前拉尺测量装置靠紧平衡轴法兰边，读取并保存法兰直径数值和法兰面距离数值；
(122)、将前拉尺测量装置靠紧当前安装轮胎的内边缘，读取并保存轮胎直径数值；
(123)、通过数学模型计算出轮胎直径对应的变化率并保存；
(13)、宽度测量校准：
(131)、将宽度尺测量装置靠紧平衡轴法兰外侧面，确认法兰面位置；
(132)、将宽度尺测量装置摆向平行于法兰面的状态，确认法兰垂直位置；
(133)、计算出宽度变化率；
(14)、动平衡测量校准：
(141)、轮胎按一定的速度空转，等角度获取一圈内压电传感器的值X0，X1，…Xn；
(142)、在轮胎外侧加铅块后按相同的速度旋转，获取一圈内相同位置压电传感器的值Y0，Y1，…Yn；
(143)、在轮胎内侧加铅块后按相同的速度旋转，获取一圈内相同位置压电传感器的值Z0，Z1，…Zn；
(144)、计算并保存轮胎平衡机内部修正参数包括但不限于轴系误差，角度误差，旋转误差。
作为本发明的一个优选实施例，还包括步骤：系统自动检测：
显示面板上所有LED灯检测：点亮显示面板上所有LED灯并闪烁，若LED灯出现故障则判断LED灯本身问题或电路问题；
位置传感器检测：低速转动或快速抖动轮胎，验证位置参数以确认位置传感器及编码器电路的好坏；
压电传感器检测：由平衡轴向轮胎施加压力，观察两路压电传感器的数字变化情况，判定压电传感器是否出现故障；
距离传感器检测：拉动前拉尺测量装置，检测其标示与测量结果是否相同，若不相同则判定前拉尺测量装置出现故障；
直径传感器检测：转动前拉尺测量装置的手柄，检测其测量结果是否均匀变化和是否超限，判定前拉尺测量装置是否损坏和安装位置是否合适；
宽度传感器检测：拉动宽度尺测量装置，检测其测量结果是否均匀变化和是否超限，判定宽度尺测量装置是否损坏和安装位置是否合适；
激光指示装置检测：通过操作按键检测激光瞄准是否正常，确定激光指示装置是否故障。
作为本发明的一个优选实施例，系统自动检测后还包括步骤：系统提示检测结果，若出现故障，则显示错误代码。
本发明的有益效果在于：采用前拉尺测量装置测量轮胎的距离数据和直径数据，宽度尺测量装置自动检测轮胎的宽度数据，电磁锁位装置自动锁定轮胎不平衡位置，激光指示装置对不平衡位置进行激光指示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种全自动平衡机控制系统一个实施例的原理框图；
图2为本发明一种全自动平衡机控制方法的流程图；
图3为系统自我校准的流程图；
图4为系统自动检测的流程图。
图中，1-电源及电机控制板；2-控制系统主电路板；3-电源输入电路；4-电机；5-电磁锁位装置；6-刹车电阻；7-显示屏；8-操作键盘；9-压电传感器；10-位置传感器；11-前拉尺测量装置；12-宽度尺测量装置；13-激光指示装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提出了一种全自动平衡机控制系统，包括电源及电机控制板1和与其连接的控制系统主电路板2，电源及电机控制板1连接电源输入电路3、电机4、电磁锁位装置5、刹车电阻6，电机4的输出端固定连接轮胎，带动轮胎转动；控制系统主电路板2连接有显示屏7、操作键盘8、压电传感器9、位置传感器10、前拉尺测量装置11、宽度尺测量装置12和激光指示装置13；前拉尺测量装置11、宽度尺测量装置12、压电传感器9、位置传感器10分别采集轮胎的距离数据和直径数据、宽度数据、动态压电传感器9数据、位置数据，传输至控制系统主电路板2，控制系统主电路板2根据接收到的数据，计算得出轮胎不平衡量，电源及电机控制板1控制刹车电阻6实现轮胎刹车，电磁锁位装置5锁定轮胎，控制系统主电路板2控制激光指示装置13对不平衡位置进行激光指示；显示屏7用于显示轮胎采集数据是否错误、系统自我校准结果、系统自动检测结果和系统错误提示。
电源输入电路3包括交流/直流电流输入、整流滤波和电压变换电路，为本发明中的各个电路模块提供合适的电压。
前拉尺测量装置11、宽度尺测量装置12、压电传感器9、位置传感器10均为A/D采样。前拉尺测量装置11改为光栅编码采样，精度小于1毫米，提高不平衡量的计算准确度。
显示屏7为LED显示屏或LCD显示屏或液晶显示屏或触摸显示屏。电机4为交流电机或直流电机，若为直流电机，则通过变频控制。在其他实施例中，还可将宽度尺测量装置12替换为超声波或激光测距装置。
如图2和图3所示，本发明还提出了一种全自动平衡机控制方法，基于全自动平衡机控制系统实现，具体包括以下步骤：
(1)、系统自我校准：在新机出厂或故障维修后需要先对各测量部分进行自动校准；
步骤(1)、系统自我校准选择步骤(11)、(12)、(13)、(14)中一项或多项进行校准：
(11)、距离测量校准：确定并保存零点标示偏移量；用于消除安装误差和可视标记误差。由于是采用的光栅位移测量技术，故只需要确定标示零点位置的实际光栅偏移量即可，然后保存在内存中，以便在实际测量中进行修正。
(12)、直径测量校准：
(121)、将前拉尺测量装置靠紧平衡轴法兰边，读取并保存法兰直径数值和法兰面距离数值；
(122)、将前拉尺测量装置靠紧当前安装轮胎的内边缘，读取并保存轮胎直径数值；
(123)、通过数学模型计算出轮胎直径对应的变化率并保存，以便在今后的轮胎直径测量中对比计算。
(13)、宽度测量校准：
(131)、将宽度尺测量装置靠紧平衡轴法兰外侧面，确认法兰面位置；
(132)、将宽度尺测量装置摆向平行于法兰面的状态，确认法兰垂直位置；
(133)、计算并保存出宽度变化率，以便在今后的轮胎宽度测量中对比计算。
(14)、动平衡测量校准：根据旋转物体动态平衡的傅里叶变换模型，动平衡的计算与传感器的位置，支撑轴本身的不平衡量和传动装置等都有一定的关系，因此，平衡机的动平衡测量校准是必须的。
(141)、轮胎按一定的速度空转，等角度获取一圈内压电传感器的值X0，X1，…Xn；n为设定的整数；
(142)、在轮胎外侧加铅块后按相同的速度旋转，获取一圈内相同位置压电传感器的值Y0，Y1，…Yn；n为设定的整数；铅块的重量可选择100g。
(143)、在轮胎内侧加铅块后按相同的速度旋转，获取一圈内相同位置压电传感器的值Z0，Z1，…Zn；n为设定的整数；铅块的重量可选择100g
(144)、计算并保存轮胎平衡机内部修正参数包括但不限于轴系误差，角度误差，旋转误差。利用步骤(141)-(143)得到的轮胎距离，直径、宽度和Xi，Yi，Zi等测量，i为1-n中的一个；通过特别的数学模型计算出轮胎平衡机轴系误差，角度误差，旋转误差等内部修正参数计算及保存，以便参与今后各种轮胎的不平衡计算。
(2)参数测量：测量轮胎距离、轮胎直径、轮胎宽度和动态压电传感器的数值；步骤(2)具体包括步骤(21)-(24)；
(21)、轮胎距离测量：利用前拉尺测量装置测量出轮胎安装在平衡机轴上的距离；
(22)、轮胎直径测量：利用前拉尺测量装置测量出安装在平衡机轴上轮胎的直径；
(23)、轮胎宽度测量：在已知轮胎距离的基础上，利用宽度尺测量装置测量出轮胎的宽度；
(24)、动态压电传感器测量：在轮胎按一定的速度转动的过程中对水平和垂直的两路压电传感器进行离散采样；
(3)、轮胎不平衡量计算：根据步骤(2)的测量结果，基于数学模型计算出该轮胎的动态不平衡量；
(4)、轮胎不平衡位置锁定：转动轮胎到不平衡位置后，控制电磁锁位装置自动将轮胎锁定；
(5)、轮胎不平衡位置激光指示：当轮胎不平衡位置锁定后，控制激光指示装置将激光点指向轮胎上的不平衡位置点，将不平衡块粘贴到轮毂上。
如图4所示，作为本发明的一个优选实施例，还包括步骤：系统自动检测：系统自动检测一般在某个进程发现故障或出现明显错误进行，也可以在进入系统后的任何时候进行，其目的是方便客户分析故障可能出现在某个部分，便于维修或更换。
系统自动检测具体包括以下步骤：
显示面板上所有LED灯检测：点亮显示面板上所有LED灯并闪烁，若LED灯出现故障则判断LED灯本身问题或电路问题；
位置传感器检测：低速转动或快速抖动轮胎，验证位置参数以确认位置传感器及编码器电路的好坏；
压电传感器检测：由平衡轴向轮胎施加压力，观察两路压电传感器的数字变化情况，判定压电传感器是否出现故障；
距离传感器检测：拉动前拉尺测量装置，检测其标示与测量结果是否相同，若不相同则判定前拉尺测量装置出现故障；
直径传感器检测：转动前拉尺测量装置的手柄，检测其测量结果是否均匀变化和是否超限，判定前拉尺测量装置是否损坏和安装位置是否合适；
宽度传感器检测：拉动宽度尺测量装置，检测其测量结果是否均匀变化和是否超限，判定宽度尺测量装置是否损坏和安装位置是否合适；
激光指示装置检测：通过操作按键检测激光瞄准是否正常，确定激光指示装置是否故障。
上述检测不分先后顺序，可根据用户需求自定义。
作为本发明的一个优选实施例，系统自动检测后还包括步骤：系统提示检测结果，若出现故障，则显示错误代码。
错误代码定义如下：
错误代码1：电机无法启动、或无启动信号、或位置传感器故障；
错误代码2：电机转速过低或轮胎没有锁紧或电磁刹车装置故障；
错误代码3：不平衡量过大，平衡轴故障或压电传感器故障或电路板故障；
错误代码4：电机反转或者位置传感器故障；
错误代码5：保护罩没放下或者保护开关失效；
错误代码6：动平衡测量校准时忘记贴内侧100克平衡块或电路板故障；
错误代码7：内部参数读写错误，电压不够或芯片烧毁；
错误代码8：动平衡测量校准时忘记贴外侧100克平衡块或电路板故障；
错误代码9：电机启动后自动快速停机，保护罩机械故障或键盘故障；
错误代码10：无系统解密的盗版软件或拖延货款使用期超限。
本发明对比市场上的其他平衡机控制系统具有自动化程度高，定位准确，操作方便，查找故障容易等特点，设备操作人员不需要太高的专业技术水平。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全自动平衡机控制系统，包括电源及电机控制板和与其连接的控制系统主电路板，其特征在于：所述电源及电机控制板连接电源输入电路、电机、电磁锁位装置、刹车电阻，所述电机的输出端固定连接轮胎，带动轮胎转动；所述控制系统主电路板连接有显示屏、操作键盘、压电传感器、位置传感器、前拉尺测量装置、宽度尺测量装置和激光指示装置；所述前拉尺测量装置、宽度尺测量装置、压电传感器、位置传感器分别采集轮胎的距离数据和直径数据、宽度数据、动态压电传感器数据、位置数据，传输至所述控制系统主电路板，所述控制系统主电路板根据接收到的数据，计算得出轮胎不平衡量，所述电源及电机控制板控制所述刹车电阻实现轮胎刹车，所述电磁锁位装置锁定轮胎，所述控制系统主电路板控制所述激光指示装置对不平衡位置进行激光指示；所述显示屏用于显示轮胎采集数据是否错误、系统自我校准结果、系统自动检测结果和系统错误提示。
2.根据权利要求1所述的全自动平衡机控制系统，其特征在于：所述前拉尺测量装置、宽度尺测量装置、压电传感器、位置传感器均为A/D采样。
3.根据权利要求1所述的全自动平衡机控制系统，其特征在于：所述显示屏为LED显示屏或LCD显示屏或液晶显示屏或触摸显示屏。
4.一种全自动平衡机控制方法，基于权利要求1-3任一项所述的全自动平衡机控制系统实现，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)、系统自我校准：在新机出厂或故障维修后需要先对各测量部分进行自动校准；
(2)参数测量：测量轮胎距离、轮胎直径、轮胎宽度和动态压电传感器的数值；
(21)、轮胎距离测量：利用前拉尺测量装置测量出轮胎安装在平衡机轴上的距离；
(22)、轮胎直径测量：利用前拉尺测量装置测量出安装在平衡机轴上轮胎的直径；
(23)、轮胎宽度测量：在已知轮胎距离的基础上，利用宽度尺测量装置测量出轮胎的宽度；
(24)、动态压电传感器测量：在轮胎按一定的速度转动的过程中对水平和垂直的两路压电传感器进行离散采样；
(3)、轮胎不平衡量计算：根据步骤(2)的测量结果，基于数学模型计算出该轮胎的动态不平衡量；
(4)、轮胎不平衡位置锁定：转动轮胎到不平衡位置后，控制电磁锁位装置自动将轮胎锁定；
(5)、轮胎不平衡位置激光指示：当轮胎不平衡位置锁定后，控制激光指示装置将激光点指向轮胎上的不平衡位置点，将不平衡块粘贴到轮毂上。
5.根据权利要求4所述的全自动平衡机控制方法，其特征在于，步骤(1)、系统自我校准选择步骤(11)、(12)、(13)、(14)中一项或多项进行校准：
(11)、距离测量校准：确定并保存零点标示偏移量；
(12)、直径测量校准：
(121)、将前拉尺测量装置靠紧平衡轴法兰边，读取并保存法兰直径数值和法兰面距离数值；
(122)、将前拉尺测量装置靠紧当前安装轮胎的内边缘，读取并保存轮胎直径数值；
(123)、通过数学模型计算出轮胎直径对应的变化率并保存；
(13)、宽度测量校准：
(131)、将宽度尺测量装置靠紧平衡轴法兰外侧面，确认法兰面位置；
(132)、将宽度尺测量装置摆向平行于法兰面的状态，确认法兰垂直位置；
(133)、计算出宽度变化率；
(14)、动平衡测量校准：
(141)、轮胎按一定的速度空转，等角度获取一圈内压电传感器的值X0，X1，…Xn；
(142)、在轮胎外侧加铅块后按相同的速度旋转，获取一圈内相同位置压电传感器的值Y0，Y1，…Yn；
(143)、在轮胎内侧加铅块后按相同的速度旋转，获取一圈内相同位置压电传感器的值Z0，Z1，…Zn；
(144)、计算并保存轮胎平衡机内部修正参数包括但不限于轴系误差，角度误差，旋转误差。
6.根据权利要求4或5所述的全自动平衡机控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：系统自动检测：
显示面板上所有LED灯检测：点亮显示面板上所有LED灯并闪烁，若LED灯出现故障则判断LED灯本身问题或电路问题；
位置传感器检测：低速转动或快速抖动轮胎，验证位置参数以确认位置传感器及编码器电路的好坏；
压电传感器检测：由平衡轴向轮胎施加压力，观察两路压电传感器的数字变化情况，判定压电传感器是否出现故障；
距离传感器检测：拉动前拉尺测量装置，检测其标示与测量结果是否相同，若不相同则判定前拉尺测量装置出现故障；
直径传感器检测：转动前拉尺测量装置的手柄，检测其测量结果是否均匀变化和是否超限，判定前拉尺测量装置是否损坏和安装位置是否合适；
宽度传感器检测：拉动宽度尺测量装置，检测其测量结果是否均匀变化和是否超限，判定宽度尺测量装置是否损坏和安装位置是否合适；
激光指示装置检测：通过操作按键检测激光瞄准是否正常，确定激光指示装置是否故障。
7.根据权利要求6所述的全自动平衡机控制方法，其特征在于，系统自动检测后还包括步骤：系统提示检测结果，若出现故障，则显示错误代码。
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